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【導讀】通過使用人類無法聽到卻可以被電子麥克風識別的高頻聲波，研究人員得以向市面上所有主流“智能助手”發送只能被目標設備聽到的指令。浙江大學的研究團隊把他們的技術命名為“ 海豚攻擊 ”。你想了解其中的原理嗎？來上一堂物理課吧！ 

來自中國的安全研究人員發明了一種巧妙的方法，不用說話就能激活語音識別系統。通過使用人類無法聽到卻可以被電子麥克風識別的高頻聲波，研究人員得以向市面上所有主流“智能助手”發送只能被目標設備聽到的指令。 

這支來自浙江大學的研究團隊把他們的技術命名為“ 海豚攻擊 ”，因為海豚就是用高頻聲波進行交流的。你想了解其中的原理嗎？來上一堂物理課吧！

科學原理

大多數電子產品中的麥克風使用了一小塊薄膜，它可以通過振動來響應由聲波引起的氣壓變化。由于人類通常聽不到任何 20 千赫以上的信號，麥克風軟件一般不會對那些信號進行處理。不過，從技術上講，那些信號仍然會被偵測到——這被稱為低通濾波器。 

完美的麥克風會且僅會在特定的輸入頻率下以已知的頻率振動。但在現實世界中，薄膜會受到諧波的影響——舉例來說，400 赫茲的音調也會引起 200 赫茲和 800 赫茲的響應（這里的數字并不精確，但意思就是這樣）。你可以在 維基百科 上找到一些非常不錯的 GIF 動畫，它們對此進行了生動的展示。不過，這通常不會成為一個問題，因為諧波的強度要比原來的振動弱得多。 

假如你希望麥克風響應一個 100 赫茲的音調，但出于某種原因不想發出這種聲音。如果你發出一個強度足夠大的 800 赫茲音調，它的諧波將能產生 100 赫茲的音調，而后者僅會被麥克風識別。其他人將只能聽到原來的 800 赫茲音調，卻不會知道設備對其他音調進行了響應。

狡猾的調制解調器

這些基本上就是研究人員所做的事情，當然他們采用了更精確的方式。研究人員發現，大多數語音激活設備（包括手機、智能手表和家庭中樞設備）所使用的麥克風都會受到這種諧波影響。

以上圖表展示的是：超聲波（黑色的“波”）生成，產生紅色的諧波，然后被低通濾波器消除。 

首先，他們利用高得多的超聲頻率生成了目標音調，以此進行測試，并獲得了成功。接著，他們嘗試用 500-1000 赫茲之間的多層音調重建語音片段——這個過程要更加復雜，但本質上并無區別。而且，這個過程并不需要用到很多專門的硬件，你可以在電器商店買到現成的。 

“海豚攻擊”的語音指令雖然完全無法被人類聽見，但卻可以被電子設備的音頻硬件接收到，并且可以  被語音識別系統正確理解。我們在各大語音識別系統上驗證了“海豚攻擊”，其中包括 Siri、Google Now、三星 S Voice、華為 HiVoice語音智靈、Cortana 以及 Alexa。 

它們得以成功執行多種命令，從喚醒短語（“OK Google”）到復雜請求（“把后門打開”）。自然而然，不同的手機和不同的短語會有不同的成功率，而且距離遠近也會有影響。不過，實施攻擊的有效距離均未超過 5 英尺。

研究人員制作的便攜式“海豚攻擊”系統。 

看不見的指令可以穿過空氣，偷偷讓你的設備執行它們，這個想法讓人感到可怕（當然，WiFi 攻擊也是這個樣子）。不過，“海豚攻擊”的危險性是有限的，這里面有幾個原因。 

首先，你可以把語音識別系統的喚醒功能關閉，以此杜絕“海豚攻擊”。這樣一來，如果其他人要想進行攻擊，語音識別軟件就必須處在打開狀態。 

其次，即便你打開了喚醒功能，很多設備會禁止語音識別軟件訪問聯系人、打開應用或網站，直至你解鎖設備。攻擊者或許可以偷偷用你的設備詢問天氣情況或者尋找附近的泰國菜餐館，但卻無法操縱設備訪問惡意網站。 

最后，也許是最明顯的一個原因，在目前的狀態下，攻擊必須在數英尺之內才能發動。即便攻擊者可以在近距離內發出指令，但如果你的手機被喚醒并重復“好的，匯錢到莫斯科”這樣的指令，你很有可能會馬上注意到。 

即便如此，在某些場景下，“海豚攻擊”仍然可能奏效。如果一臺配備揚聲器的物聯網設備遭到入侵，攻擊者便可以用它發出超聲波，指揮附近的 Echo 音箱打開房門或關閉警報。 

這樣的威脅或許不是特別現實，但它也說明了攻擊者可以采用多種途徑入侵我們的設備。要對那些希望被應用于日常生活的技術進行審查，把它們拿出來公開測試并設計好應對攻擊的措施，這乃是必不可少的一環。